李 妍

（陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院，陜西 西安 710001）

0 前言

南溝門水庫洛川縣城應(yīng)急供水工程位于洛川縣西南方向交口河鎮(zhèn)附近，本工程做為應(yīng)急供水工程，為了解決近年來縣城供水水源極度短缺的問題，水源地選定為南溝門水庫。工程輸水管線多次穿越仙姑河流域，故仙姑河流域設(shè)計洪水計算為水文計算的重點。該流域內(nèi)無實測水文資料，洪水難以推求。故采取推理公式法、綜合參數(shù)法以及洪峰流量匯流面積相關(guān)法對仙姑河流域設(shè)計洪水進行計算，并對計算成果進行合理性分析。

1 流域概況

洛河是渭河的第二大支流，發(fā)源于陜北定邊縣白于山南麓。流經(jīng)陜西省吳起、志丹、甘泉、富縣、白水，于大荔縣東南注入渭河。仙姑河是洛河左岸的一級支流，發(fā)源于黃龍縣崾崄河，自東北流向西南于洛川縣交口河鎮(zhèn)下游4 km處的惠家村附近注入洛河。流域面積609 km2，主河道長度為55.2 km，平均比降8.7‰。以已成的拓家河水庫壩址為界，上游為黃土林區(qū)，下游為黃土塬區(qū)。

2 暴雨洪水特性

1）洛河流域的洪水均系暴雨所致，暴雨多為雷暴雨。

2）洪水最早發(fā)生在5月，受連陰雨的影響，10月份也有洪水發(fā)生，年最大洪水一般發(fā)生在七八月份。一次洪水歷時約3天左右，主峰段約24小時。

3）仙姑河流域處于干旱半干旱地區(qū)，洪水多由暴雨形成，但亦有連陰雨形成的洪水。七八月份多為暴雨，九十月份多為連陰雨。局部短歷時暴雨強度大，降雨不均勻，形成的洪水陡漲陡落，峰高量??；連陰雨形成的洪水，由于降水均勻，歷時長，籠罩面積大，形成的洪水緩漲緩落，峰小量大。

3 仙姑河設(shè)計洪水計算

依據(jù)《防洪標準》（GB 50201-2014）、《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL 252-2017）及《泵站設(shè)計規(guī)范》（GB 50265-2010），確定本次設(shè)計需計算仙姑河出口斷面50年一遇、20年一遇以及10年一遇設(shè)計洪峰流量。

3.1 上游已成水庫影響分析

3.1.1 拓家河水庫影響分析

拓家河水庫位于仙姑河上游，壩址以上控制流域面積295.2 km2，總庫容 2756 萬 m3，設(shè)計死庫容 1200 萬 m3，興利庫容1052萬m3。設(shè)計標準按50年一遇洪水設(shè)計，1000年一遇洪水校核。依據(jù)《拓家河水庫除險加固工程初設(shè)報告》，水庫50年一遇洪水時溢洪道不下泄水，為全攔全蓄運行方式，對下游無影響。

3.1.2 安生溝水庫影響分析

安生溝是仙姑河右岸支流，其入?yún)R口位于拓家河水庫壩址下游約2.6 km。

安生溝水庫壩址位于溝口上游3.6 km，壩址以上控制流域面積36.3 km2，距洛川縣城18 km?？値烊?84.09萬m3，興利庫容62.7萬m3，死庫容48萬m3。是一座以企業(yè)供水、灌溉為主兼有防洪功能的Ⅳ等?。?）型水利樞紐工程。

該庫1996年9月動工，1997年12月竣工。2010年進行了除險加固設(shè)計，設(shè)計洪水標準30年一遇，校核洪水標準300年一遇。對該庫不同設(shè)計標準的調(diào)洪能力進行了復(fù)核，復(fù)核結(jié)果表明，安生溝水庫調(diào)洪能力較小，洪水調(diào)度時，均為敞泄狀態(tài)。因此，在確定仙姑河干流設(shè)計洪水時，不考慮安生溝水庫影響。

3.2 仙姑河干流設(shè)計洪水

由以上分析可得，仙姑河干流設(shè)計洪水為拓家河壩址以下區(qū)間天然設(shè)計洪水。本次采用推理公式法、綜合參數(shù)法、洪峰流量匯水面積相關(guān)法三種方法計算仙姑河出口斷面設(shè)計洪水。

3.2.1 推理公式法

仙姑河出口斷面控制流域面積314 km2，最大匯流長度44.6 km，河道平均比降J=8.7‰。采用暴雨推求設(shè)計洪水，以50年一遇設(shè)計洪水計算過程為例，具體如下：

（1）設(shè)計點、面雨量計算

按照《延安地區(qū)實用水文手冊》（以下簡稱“手冊”）規(guī)定，設(shè)計暴雨歷時取12小時。根據(jù)“手冊”中年最大1、3、6、24小時點雨量均值等值線圖、變差系數(shù)等值線圖，查得設(shè)計斷面以上流域形心處各歷時點雨量均值及變差系數(shù)CV值，偏差系數(shù)CS取CS=3.5CV，計算得到相應(yīng)歷時設(shè)計頻率的點雨量。采用點面系數(shù)，由設(shè)計點雨量推求設(shè)計面雨量；根據(jù)24小時設(shè)計暴雨時程分配表，對面雨量進行分配，得到面降雨過程。

（2）產(chǎn)流計算

仙姑河屬于黃土塬區(qū)，產(chǎn)流過程按超滲產(chǎn)流模型計算，根據(jù)入滲率與土壤含水量的關(guān)系式推求，其關(guān)系式為：

當(dāng) S＜100 mm，f=1.62S-0.374i0.565，S≥100 mm，f=3.5。其中：f為入滲率，mm/min；S為與f相應(yīng)的土壤含水率，mm。

通過“延安手冊”查算本區(qū)前期影響雨量Pa=33 mm，其與曲線交點的縱坐標f1作為第一時段的平均入滲率，若第一時段的降雨強度i1大于入滲率f1，則第一時段的入滲量△S1=f1×△t1，其產(chǎn)流量R1=（i1-f1）×△t1。若 i1＜f1，則該時段的入滲量△S1=i1△t1，其產(chǎn)流量為0。以此類推，求得下滲過程及產(chǎn)流過程。

將產(chǎn)流過程各時段的產(chǎn)流量累加起來即為產(chǎn)流總量，乘以“潛流百分數(shù)”即得潛流總量；本區(qū)R潛=15%R總，由產(chǎn)流過程中扣除時段平均潛流量即得凈雨過程。當(dāng)某一時段的產(chǎn)流量小于時段平均潛流量時，其產(chǎn)流量全部視為潛流，應(yīng)首先從潛流總量中扣除該階段的產(chǎn)流量，并從凈雨歷時中扣除相應(yīng)的時間，然后再計算時段平均潛流量和凈雨過程。

（3）匯流計算

流域的匯流歷時τ為：

式中：L為沿主河槽從出口斷面至分水嶺的最長距離，km；J為沿流程L的平均比降；m為經(jīng)驗性的匯流參數(shù)；Qm為設(shè)計洪峰流量，m3/s。

破碎塬區(qū)、塬區(qū)：

根據(jù)流域特征值 F、L、J，查算出 θ=31.8，m=2.16。

采用圖解法確定設(shè)計洪峰流量。繪制Qm～τ曲線，同時根據(jù)凈雨過程繪制Qm～τ曲線，兩條曲線的交點所對應(yīng)的縱橫坐標，即為所求洪峰流量Qm及匯流歷時τ。計算成果見表1。

表1 推理公式法計算成果表

3.2.2 綜合參數(shù)法

依據(jù)“延安手冊”中綜合參數(shù)法公式計算洪峰流量，公式為：

式中：QmN為設(shè)計頻率為P的洪峰流量，m3/s；H3N為設(shè)計頻率為P的設(shè)計流域3小時面雨量，mm；F為流域面積，仙姑河出口斷面控制面積314 km2；ψ為流域形狀系數(shù)，ψ=F/L2；N為重現(xiàn)期，年；C、α、β、γ、η 為經(jīng)驗參數(shù)。

計算參數(shù)及結(jié)果見表2。

表2 綜合參數(shù)法計算成果表

3.2.3 洪峰流量匯流面積相關(guān)法

依據(jù)“延安手冊”中洪峰流量匯流面積相關(guān)法經(jīng)驗公式計算洪峰流量。公式如下：

式中：QN為重現(xiàn)期為N的洪峰流量，m3/s；KN、n為重現(xiàn)期為N的地理參數(shù)、指數(shù)，n=0.66；F為流域面積，仙姑河出口斷面控制面積314 km2。

計算參數(shù)及結(jié)果見表3。

表3 洪峰流量匯流面積相關(guān)法計算成果表

3.2.4 合理性分析

從三種方法計算結(jié)果來看，綜合參數(shù)法最小，推理公式法最大，洪峰流量匯水面積相關(guān)法居中，推理公式法和洪峰流量匯流面積相關(guān)法計算結(jié)果接近。

經(jīng)調(diào)查，仙雞河段1821年發(fā)生特大洪水，洪峰流量1220 m3/s，調(diào)查斷面位于仙姑河河口，集水面積602 km2。從現(xiàn)有的資料看，該場洪水為1821年以來最大，其重現(xiàn)期接近200年。

洛河流域黃土區(qū)，50年一遇與200年一遇洪峰流量的比值約為0.68～0.72。仙姑河洪峰流量主要取決于下游的黃土塬區(qū)，根據(jù)1821年調(diào)查洪水成果，該河50年一遇洪峰流量約為830 m3/s～880 m3/s，與推理公式法計算成果基本一致。本次仙姑河出口斷面設(shè)計洪水推薦采用推理公式法成果，50年一遇洪峰流量835 m3/s，20年一遇洪峰流量627 m3/s,10年一遇洪峰流量461 m3/s。

4 結(jié)論

采用多種洪水計算方法，最后以推理公式法計算值作為仙姑河流域設(shè)計洪水成果，并與該流域已有洪水調(diào)查成果進行對比，說明洪水成果合理。提出的計算方法切實可行，為南溝門水庫洛川縣城應(yīng)急供水工程設(shè)計提供技術(shù)依據(jù)，也可為類似工程建設(shè)提供參考和借鑒。